技术领域
[0001] 本发明涉及石油井架检测领域，特别是涉及一种固定式井架受力状态检测装置及检测方法。
相关背景技术
[0002] 目前在石油井架安全检测领域最常用的方法就是应力测试法，该方法通过在待测部位粘贴电阻应变片来采集测点的应变数据，进而进行井架承载能力的计算，应变片的粘贴质量直接影响着检测结果的准确性。
[0003] 而且井架检测属于高空作业，戴好安全防护装置的检测人员在高空桁架结构上面粘贴应变片是一件难度和危险性很大的工作，由于工作环境恶劣，检测人员手工贴片水平良莠不齐，在人工粘贴应变片时，手指的按压不均匀，容易造成胶水涂层的厚度不均，同时应变片也非常容易倾斜产生角度误差，贴片效果很难完全满足标准要求，检测时间长，效率低，不同人员测量数据波动比较大，历史测量数据可利用性低，而且应力测试是定期检修计划，目前没有针对井架的实时监控设备。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
[0017] 实施例：
[0018] 如图1‑图4所述，一种固定式井架受力状态检测装置，包括固定套筒1，设置在固定套筒1轴线方向一端的手动调节棒2，设置在固定套筒1轴线方向另一端的自动调节棒3，手动调节棒2远离固定套筒1的一端设置第一压力检测板21，自动调节棒3远离固定套筒1的一端设置第二压力检测板31，第一压力检测板21、第二压力检测板31与固定套筒1呈门框型，固定套筒1轴线方向一侧设置吊环11，固定套筒1内置无线通讯模块、电源模块和处理器，处理器与无线通讯模块、第一压力检测板21、第二压力检测板31信号连接，电源模块与无线通讯模块、处理器电连接。
[0019] 上述技术方案的工作原理如下：在固定套筒1两端分别设置自动调节棒3和手动调节棒2，并分别设置第一压力检测板21、第二压力检测板22，同时在固定套筒1上设置吊环11，先将安全绳穿过吊环11将检测装置固定在井架上，将检测装置自动调节棒3的一端抵紧测试点，另一端通过手动调节棒
2调节位置抵紧另一测试点，处理器可以自动处理安全绳挂孔的压力传感器信号、压力检测板的压力传感器信号、电池检测器的信号、无线通讯模块的信号、电机的信号、故障指示灯的信号，并将处理的一部分结果通过故障指示灯的功能展示，所有处理信息通过无线通讯模块进行传输，部分处理信息可储存在数据储存模块防丢失和再利用。
[0020] 固定套筒1外置太阳能板，太阳能板用于给电源模块供电，太阳能板安装在外壳，可以给主体内部各用电部件供电；所述数据储存模块可以定期存储压力测试数据，无线传输模块可以将存储数据定期发送至人工电脑。
[0021] 自动调节棒3包括调节电机32以及与调节电机32输出轴连接的丝杆33，第二压力调节板31与丝杆33呈丝杆螺母传动副。
[0022] 手动调节棒2包括同轴套设于固定套筒1内的调节棒22以及紧固卡扣23。
[0023] 第一压力检测板21、第二压力检测板31内置压力传感器和橡胶片，可以对受力状态检测装置本身设备运行状态监测和井架的整体受力状态检测，达到对设备的运行状态监控、井架整体的受力状态监控。
[0024] 装置还包括数据储存模块和故障指示灯4，数据储存模块与故障指示灯4均与处理器信号连接，由于时间变长、钢架热胀冷缩、传感器灵敏度降低等情况装置可能会出现松动，此时两端的压力传感器值会超过设定的安全阈值，故障指示灯4会变红，调节电机32会驱动自动调节棒3的一侧向测试点抵紧，直至故障指示灯4变绿即可正常使用，通过明显的灯光展示，便于井架下的人工区分和监控受力状态检测装置设备自身的运行状态。设置四个故障指示灯，分别指示电源模块、电机、无线通讯模块、安全绳孔，绿灯代表相应的功能运行正常，红灯代表相应的功能故障需人工检查。
[0025] 吊环11处连接绳孔压力传感器12，可以用于检测安全绳是否拴牢。
[0026] 具体检测方法如下：一、对受力状态检测装置本身设备运行状态的检测，具体方法如下：
S1、信号采集与处理：
各个传感器（如压力传感器、电池检测器等）通过传感器接口将信号输入到处理器，这些信号通过滤波、放大、模数转换等方式传输到处理器进一步处理。处理器接受调理的信号后执行预定的算法和逻辑以分析信号状态。例如：压力传感器信号，用于监控压力变化；电池检测器信号，用于监测电池电量和健康状态；无线通讯模块信号，用于监控通讯状态和信号强度；电机信号，用于监控电机的运行状态，如电流、电压和转速。
[0027] S2、故障检测：处理器根据分析结果判断设备是否存在故障。例如，如果压力信号超出设定范围，或电池电量低于安全值等，处理器会识别为故障。
[0028] S3、故障处理：设备具有故障自我处理能力，对于压力检测板的内外压力传感器，当压力波动值超过设定的波动阈值、时间超过1—2S且压力值超过设定的最大值或低于设定的最小值时，可通过控制电机进一步调整压力传感器与钢件的距离，以调节压力值，最终消除故障。
[0029] S4、故障指示：处理器检测到故障且故障无法处理时，会通过信号输出接口激活故障指示灯。故障指示灯的信号可能基于以下情况点亮：压力传感器检测到异常压力、电池检测器检测到电量不足、无线通讯模块信号丢失或弱、电机信号异常等。
[0030] 二、对井架的整体受力状态的检测，具体方法如下：S1、确定安装位置：
根据现场专家的经验或者三维有限元模型，确定检测装置的最佳安装位置。
[0031] S2、检查受力检测装置的运行状态：在受力测试之前必须对检测装置自身的状态进行检查。绿灯都亮起，则受力检测装置正常运行使用。
[0032] S3、数据收集及传输：分为日常数据收集和定期数据传输，日常收集数据包括压力检测板的压力数据、安全绳孔的压力数据、电池检测器的数据，定期传输的数据包括压力检测板的压力数据。信息的储存和传输通过无线传输模块实现。
[0033] S4、数据处理及分析：日常数据收集处理，通过故障显示灯进行展示基本的受力分析和设备自身的安全监控；定期数据传输用于分析井架受力状态，并将分析结果传输到设备。这个过程中需要用到相应的算法对数据进行清洗，检查数据一致性，去除重复数据、填补缺失值、处理异常值等。
[0034] S5、井架状态评估：根据SY/T6326‑2019的评定方法，对其进行适用性优化，将改进过后的算法用于识别和确定异常受力区域和承载能力等级；
根据SY/T6326‑2019规定，对异常区域的应力均匀区、应力集中区和弹性挠曲区等危险应力区进行重点检测；
获取井架的应力历史数据，采用神经网络或其他机器学习算法对应力进行预测。
[0035] 根据SY/T6326‑2019贴应力片测出特定位置X1和任意点位置X2，分别测出多组应力f1和f2，再对数据进行清洗，检查数据一致性，去除重复数据、填补缺失值、处理异常值，利用空间力系的平衡方程。
[0036] ，式中， 、 、 分别表示在X、Y、Z方向的各分力， 、 、 分别表示对X、Y、Z方向轴的力矩。
[0037] 换算出特定位置X1和任意点位置X2的F1和F2的大小，最后通过多项式回归方法得出F1和F2之间的系数。
[0038] 通过关系式换算出任意点位置和特定测点位置的应力关系。
[0039] ，式中， ， …… 为常数，K为常数。
[0040] 由于任意点位置和特定点位置是依靠人工选定，因而存在主观性，测量的数据存在一定的波动性，根据多次测量波动幅度，由现场专家研讨选取合适的波动经验值为数据的波动系数 。
[0041] ，式中， 为修正后的应力。
[0042] 通过相关力学公式将上述压力换成相应的应力。
[0043] 由于根据SY/T6326‑2019井架承载能力强度满足以下公式：，
，
，
其中： ，
，
令 ，
传统公式可以改进为：
，
令常数 ，
则， ，
由于 ，
令常数 ，
则， ，
式中， 表示检测杆件的轴心拉压应力， 表示只有轴心拉压应力存在时，容许采用的轴心拉压应力；
E表示弹性模量， 表示弯曲平面内的实际无支撑长度， 表示回转半径，表示弯曲平面内的有效长度系数， 表示系数在x方向的弯曲轴， 表示系数在y方向的弯曲轴， 表示检测杆件的压缩弯曲应力在x方向的弯曲轴， 表示检测杆件的压缩弯曲应力在y方向的弯曲轴， 表示只有弯矩存在时容许采用的弯曲应力在x方向的弯曲轴， 表示只有弯矩存在时容许采用的弯曲应力在y方向的弯曲轴， 表示除以安全系数后的欧拉应力在x方向的弯曲轴， 表示除以安全系数后的欧拉应力在y方向的弯曲轴，λ表示比值常数，x，y表示方向，X、Y表示中心轴到计算点的距离， 、 表示截面在x、y方向上的惯性矩， 为X方向的力矩， 为Y方向的力矩，通过上述公式对井架承载能力进行快速估定。
[0044] 以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
